Ciągłość zasilania jest gwarancją bezpiecznego funkcjonowania procesów produkcyjnych i logistycznych. Można je zapewnić, stosując UPS-y. Urządzenia tego typu, stosowane w obiektach przemysłowych, różnią się znacznie od tych, które używane są w biurach czy też w domu.
UPS MGE Galaxy 5000. Źródło: APC by Schneider Electric
Urządzenia do podtrzymania zasilania, które znajdują zastosowanie w przemyśle, cechują się przede wszystkim skalowalnością. Tym sposobem zyskuje się obniżenie kosztów instalacji i eksploatacji. Dzięki najnowszym technologiom sprawność energetyczna osiąga nawet 99%. W warunkach przemysłowych nie bez znaczenia pozostaje szybka, a zarazem bezpieczna konserwacja. Nie mniej ważne są wymagania dotyczące optymalnego stosunku zajmowanej powierzchni do mocy. Kluczowe miejsce zajmują zminimalizowane wymagania klimatyzacyjne. Ważna jest możliwość szybkiej zmiany trybów pracy. Stąd też UPS przemysłowy powinien cechować się wysoką sprawnością i oszczędnością oraz kondycjonowaniem energii, a także pełną kontrolą parametrów zasilania.
Funkcjonalność dostępnych na rynku UPS-ów przemysłowych pozwala na wybór odpowiedniego trybu pracy w zależności od właściwości dostarczanej energii, przy jednoczesnym zapewnieniu odpowiednich parametrów zasilania. Z pewnością przydatna okaże się modułowość systemu, dzięki czemu można go rozbudowywać. Zainstalowane oprogramowanie diagnostyczne wykrywa sytuacje awaryjne.
Prostowanie i przetwarzanie
Nowoczesne UPS-y, które znajdują zastosowanie w przemyśle, cechują się nowatorskimi rozwiązaniami w zakresie prostowania i przetwarzania napięcia. Prostowniki bazują bowiem na mostkach, które zbudowane są z półprzewodników IGBT. Prostownik przy użyciu autotransformatora lub izolowanego transformatora przekształca napięcie, a następnie podaje je do inwertera oraz do układu ładowania baterii. Jest ona ładowana albo pracuje w trybie utrzymania optymalnej pojemności. Do interesujących rozwiązań w zakresie prostownika zaliczyć należy także możliwość pracy w oparciu o charakterystykę ładowania IU, która uwzględnia indywidualne parametry akumulatorów, łącznie z ich kompensacją temperaturową. Pracą prostowników steruje oprogramowanie. Istotne jest, że odpowiada ono również za tzw. łagodny start prostownika w momencie, gdy pojawi się napięcie zasilające. Niektóre modele wyposażono w funkcję, dzięki której w przypadku systemu równoległego, ponowny start odbywa się stopniowo.
Nowatorskie technologie stosuje się także w inwerterach. Odpowiedzialne są one za przetwarzanie napięcia stałego na przemienne, które w zależności od modelu UPS-a, może być jedno- lub trójfazowe. W przemysłowych systemach zasilania istotną rolę odgrywa ochrona napięcia wyjściowego przed zniekształceniami liniowymi. Inwertery również bazują na technologii IGBT. Istotne cechy inwerterów to przede wszystkim wysoka sprawność przy częściowym obciążeniu. Nie bez znaczenia pozostaje niewielki współczynnik zniekształcenia nawet przy nieliniowym obciążeniu. W momencie gdy zanika napięcie zasilania, akumulatory stają się źródłem energii. Użytkownik jest informowany o rozładowaniu baterii.
Obejścia i chłodzenie
W urządzeniach typu UPS istotną rolę odgrywają tzw. obejścia. Funkcjonalność w tym zakresie bardzo często nazywana jest także bypassami. Pozwalają one na przejście do zasilania z sieci elektroenergetycznej. Przełączenie odbywa się ręcznie lub automatycznie za pomocą odpowiedniego sygnału. W przypadku ręcznego sterowania urządzenie kontroluje pracę i ingeruje w przypadku zarówno nieprawidłowej pracy UPS-a, jak i uruchomienia przez operatora niewłaściwych funkcji. Pamiętać należy, aby w zaplanowanych odstępach czasu sprawdzać przełączanie za pomocą przycisku testowego.
W warunkach przemysłowych istotne jest chłodzenie, szczególnie w miejscach o podwyższonej temperaturze i dużym zapyleniu. Systemy zasilające bazują na chłodzeniu wymuszonym ze sterowaną prędkością, redundancyjnym przy jednoczesnym monitorowaniu wentylatorów. Przy obiegu powietrza zastosowanie znajdują wloty z klapami. Poszczególne elementy są nadzorowane pod względem temperatury.
Trójfazowe zasilacze UPS
W procesie podtrzymania zasilania w urządzeniach zasilanych trzema fazami niezbędne są UPS-y trójfazowe. Większość urządzeń tego typu bazuje na trybie podwójnego przetwarzania, dzięki czemu zyskuje się najwyższy stopień niezawodności. Szczególnie przydatna przy współpracy z agregatami prądotwórczymi jest funkcja miękkiego startu. Możliwa jest stabilizacja napięcia wejściowego w zakresie od 320 do 460 V. Zastosowany falownik bazuje na technologii IGBT oraz modulacji PWM. Dodatkowo można zastosować filtry wejściowe, różne typy prostowników, baterii i transformatorów separacyjnych. Niektóre modele (np. UPS: 90-NET firmy Chloride) wyposażone są w system cyfrowego sterowania wektorowego, który eliminuje w czasie rzeczywistym przeciążenia, wahania częstotliwości i zakłócenia. Do zalet zalicza się także redukcję zniekształceń harmonicznych na wejściu, dzięki prostownikom z filtrem.
Wymiana danych
Infrastruktura przemysłowa jest często rozproszona. Wtedy konieczna staje się wymiana danych między poszczególnymi urządzeniami zasilającymi. Za komunikowanie w przemysłowych zasilaczach UPS odpowiedzialne są panele sterowania oraz oprogramowanie komputerowe. Lokalne sterowanie zapewnia użytkownikowi wyświetlacz ciekłokrystaliczny. Pozwala on na odczytywanie informacji dotyczących stanów pracy i alarmów, parametrów zasilania zarówno wejścia, jak i wyjścia i baterii (natężenia prądu, napięcia, częstotliwości, temperatury), a także wartości dokonanych nastaw (np. test baterii, język, alarm dźwiękowy itp.).
Większość przemysłowych zasilaczy ma liczne interfejsy oraz zaawansowane oprogramowanie komunikacyjne. Przydatna może okazać się możliwość współpracy ze zdalnymi panelami kontrolno-sygnalizacyjnymi (np. DELPHYS DS firmy Socomec). Komunikację zapewniają porty szeregowe RS-232, RS-422 oraz RS-485, zgodny z protokołem JBUS/MODBUS lub PROFIBUS. Można też stosować adaptery do sieci Ethernet.
Interesujące rozwiązanie stanowi oprogramowanie do automatycznego zamykania serwerów.
Technologie niektórych systemów nadzorujących (np. zasilacza DIAMOND SPD 33 firmy Siltec) bazują na GPRS i protokole SNMP. Tym sposobem zarządzanie urządzeniami zasilającymi możliwe jest z jednego miejsca, dzięki specjalnemu oprogramowaniu. Platformy administracyjne współpracują z systemem operacyjnym Windows. Za pomocą głównego okna programu można jednocześnie obserwować realizowane funkcje przez podłączone urządzenia, które rozproszone są nawet na całym świecie. Np. program SPC służący do zarządzania urządzeniami sieci logicznej zasilaczy DIAMOND SPD 33 firmy Siltec. Aplikacja pozwala na:
- obserwację i rejestrację zmian pracy UPS-a,
- przesyłanie komunikatów i ostrzeżeń do innych urządzeń terminali podłączonych do sieci,
- zmianę statusu pracy UPS-a za pomocą wiadomości e-mail wysyłanych automatycznie pod wskazane adresy,
- automatyczne raportowanie zmian w pracy UPS-a za pomocą łącza telefonicznego,
- automatyczne zamykanie aplikacji i wyłączanie podłączonych komputerów PC,
- zdalne sterowanie UPS-a poprzez modem GPRS,
- okresowy zapis danych przesyłanych z UPS-a,
- przeprowadzanie diagnostyki,
- przedstawianie danych graficznie.
UPS MGE Galaxy 3000. Źródło: APC by Schneider ElectricMaciej Mączyński, Vice President IT Business, APC by Schneider Electric
Wybierając rozwiązania podtrzymujące zasilanie w środowisku przemysłowym, musimy wziąć pod uwagę wiele czynników, takich jak moc zasilanego sprzętu, poziom niezawodności, jakiego oczekujemy od systemu zasilania gwarantowanego, czy wreszcie czas podtrzymania bateryjnego, jaki ma on zapewnić w razie awarii prądu. W środowiskach produkcyjnych, gdzie występują napędy elektryczne, musimy ponadto uwzględnić prąd rozruchowy silników oraz poziom zakłóceń harmonicznych w prądzie. Mnogość tych czynników sprawia, że niełatwo dobrać optymalne rozwiązanie. Dlatego też większość instalacji zasilania gwarantowanego jest obecnie przewymiarowanych, co oznacza, że na przykład kilka zasilaczy wykonuje zadania, z którymi z powodzeniem poradziłoby sobie jedno urządzenie. I choć nadmiarowość jest koniecznością ze względu na zabezpieczanie się przed skutkami awarii, to jednak bardzo często instalacja jest kilkakrotnie większa niż trzeba, a co za tym idzie, generuje nadmierne zużycie energii.
Należy ponadto pamiętać, że zasilacze UPS stosowane w warunkach przemysłowych powinny być odpowiednio wykonane, także jeśli chodzi o mechaniczną odporność na pracę w środowiskach produkcyjnych, powinny np. mieć wzmocnione konstrukcje pozwalające zabezpieczyć je przed fizycznym uszkodzeniem, brudem czy cieczami (podwyższone stopnie ochrony IP). Istotne są też wewnętrzne układy nadmiarowe (np. wentylatory, sterowniki) umożliwiające kontynuację pracy zasilacza UPS w przypadku awarii jednego z jego elementów. Jeśli nie można zainstalować zasilaczy w wydzielonym pomieszczeniu, to warto pomyśleć o dodatkowych filtrach powietrza, chroniących przed kurzem i innymi drobnymi zanieczyszczeniami, negatywnie wpływającymi na efektywność pracy sprzętu.
APC MGE Galaxy PW. Źródło: APC by Schneider Electric
Autor: Mateusz Gembołyś
